Identyfikacja źródeł emisji pyłu przy pomocy radioaktywnego izotopu ołowiu 210 Pb
Grant KBN nr 3 T09D 025 29 Metoda oceny udziału dużych źródeł energetycznych w poziomie stężeń pyłu z wykorzystaniem naturalnych znaczników promieniotwórczych dr hab. inż. Jan Skowronek, dr Czesław Kliś, dr Bogusław Michalik, dr inż. Mieczysław Żeglin, mgr Bronisława Dyduch
Metoda Identyfikacji Napływu Zanieczyszczeń Powietrza (INZAP) Metoda polega na statystycznej analizie pomiarów 1-godz. stężeń zanieczyszczeń powietrza i jednoczesnych pomiarach 1-godz. wektora wiatru, w celu określenia napływu zanieczyszczeń (wielkość i kierunek).
Wykres kołowy percentyli stężeń zanieczyszczenia powietrza
Modyfikacja metody INZAP Na podstawie pomiarów 24-godz. stężeń zanieczyszczeń wygenerowano 1-godz. stężenia zanieczyszczeń, wykorzystując wzorzec 1-godz. stężeń pyłu PM10 modelowanych dla stacji w Tarnowskich Górach w systemie SINZAP
3 0N300 µg/m 3 240 µg/m 3 180 µg/m 3 120 µg/m 3 60 µg/m 3 0N 300 µg/m 3 240 µg/m 3 180 µg/m 3 120 µg/m 3 60 µg/m 270N 90N 270N 90N 180N 180N Porównanie dystrybuanty stężeń kierunkowych pyłu zawieszonego, otrzymanej na podstawie rzeczywistych stężeń chwilowych (a) i dystrybuanty modelowanej przy pomocy stężeń średniodobowych (b)
Izotop ołowiu 210 Pb jako znacznik pyłu emitowanego ze źródeł spalających węgiel
Szeregi promieniotwórcze izotopów ulegających sukcesywnym rozpadom - szereg torowy: 232 Th, stabilny 208 Pb - szereg neptunowy: 237 Np, stabilny 209 Bi - szereg uranowy: 238 U, stabilny 206 Pb - szereg aktynowy: 235 U, stabilny 207 Pb W sumie powstaje 28 izotopów promieniotwórczych (Ra, Rn, Bi, Po, Tl, Pb)
Hg 206 80 8,15 m β Szereg uranowy: A = 4n + 2 210 81 Tl 1,3 m β 1,9 10-6 % 206 81 Tl 4,199 m 214 82 Pb 26,8 m β 0,02% 210 82 Pb 99,9% 214 83 Bi 19,9 m α, β ~100 22,3 l α, β - % 13 10-5 % 210 83 Bi 5,013 d 218 84 Po 3,1 m α, β 99,9% 99.98 % 214 84 Po 164,3 µ s ~100 % 0.1% 218 85 At 1,5 s α, β 222 86 Rn 3,8235 d 0.1% Rn 218 86 35 ms α 226 88 Ra 1600 a 234 90 Th 24,1 d β 230 90 Th 7,538 10 4 l 1, 2 m β 6, 7 h 99,84 % 238 92 U 4,468 10 9 l IT : 0,16% 234 92 U 2,455 10 5 l 206 82 Pb stabil ny Po 210 84 138,3 76 d Schemat przemian promieniotwórczych w szeregu uranowym
Promieniotwórczość naturalna - okres połowicznego rozpadu - aktywność promieniotwórcza izotopu Bq (jedna przemiana w ciągu jednej sekundy) - aktywność właściwa masowa (Bq/kg) - stężenie izotopu promieniotwórczego (Bq/m 3 ) - natężenie strumieni aktywności izotopu (Bq/s/m 2 )
Źródła pochodzenia 210 Pb w powietrzu - ekshalacja radonu 222 Rn z powierzchni ziemi (> 4.7 mbq/m 3 ) - rozpad radu 226 Ra w pyle zawieszonym (< 5 µbq/m 3 ) - emisja z wysokotemperaturowych źródeł przemysłowych i domowych (lokalnie ~ 2 Bq/m 3 )
2000 stężenie [mikro Bq/m3] 1500 1000 500 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 miesiąc/rok średnie tygodniowe steżenie ołowiu 210Pb w powietrzu 4 okr. śr. ruch. (średnie tygodniowe steżenie ołowiu 210Pb w powietrzu ) Stężenie izotopu ołowiu 210 Pb w powietrzu, stacja GIG Katowice, lata 2000-2006
Cykle pomiarowe na stacji w Tarnowskich Górach (oczyszczalnia ścieków ZChem) - cykl zimowy (II III. 2006) 16 próbek - cykl letni (VI VIII. 2006) 12 próbek - cykl jesienno-zimowy (X. 2006 I. 2007) 44 próbki dobowe
Stężenie 210 Pb 2500 2000 1500 1000 mikro Bq/m3 500 0 6 lut 20 lut 6 mar 20 mar 3 kwi 17 kwi 1 maj 15 maj 29 maj 12 cze 26 cze 10 lip 24 lip 7 sie 21 sie 4 wrz 18 wrz 2 paź 16 paź 30 paź 13 lis 27 lis 11 gru 25 gru 8 sty 22 sty data dobowe tygodniowe 2 okr. śr. ruch. (tygodniowe ) Porównanie dobowych wartości stężeń Pb w powietrzu w Tarnowskich Górach ze średnimi tygodniowymi wartościami ze stacji GIG w Katowicach
Zależność średniego stężenia ołowiu 210 Pb od wielkości opadu atmosferycznego
Stężenie 210 Pb w porównaniu do temperatury powietrza 1600 35 1400 30 1200 25 stę że nie 210 Pb mikro Bq/m 3 1000 800 600 400 20 15 10 5 0 temperatura w 0 C 200-5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 numer tygodnia (luty 2006 - styczeń 2007) -10 stężenie 210Pb µbq/m3 temperatura średnia tygodniowa 4 okr. śr. ruch. (temperatura średnia tygodniowa ) 4 okr. śr. ruch. (stężenie 210Pb µbq/m3) Zależność średniego stężenia ołowiu 210 Pb od temperatury powietrza
Stężenie promieniotwórcze 210 Pb w powietrzu Okres Stężenie promien. [mbq/m 3 ] minimum maksimum średnie II III 0,25 1,10 0,41 2006 VI VIII 0,21 0,65 0,35 2006 X. 2006 0,16 1,92 0,68 - I. 2007
Badania emisji pyłu ze spalania węgla w rejonie Tarnowskich Gór - emisja przemysłowa (1-20 km od stacji pomiarowej, El i EC) - emisja niska (dzielnica Sowice) - emisja z podłoża (stacja pomiarowa)
Typ emisji Emisja przemysłowa (punktowa) Emisja niska Emisja z podłoża Aktywność właściwa izotopu ołowiu 210 Pb w poszczególnych źródłach emisji pyłu Źródło emisji pyłu EC Miechowice El. Łagisza bl.1 El. Łagisza bl.7 EC Chorzów bl.1 EC Chorzów bl.2 MPEC Tarn. Góry Tarnowskie Góry Tarnowskie Góry Tarnowskie Góry Tarnowskie Góry Tarnowskie Góry Tarnowskie Góry Tarnowskie Góry Aktywność właściwa 210 Pb [Bq/kg] 146 271 352 103 103 161 1856,1 762,8 814,0 952,4 79,6 40,1 26,2 Średnia aktywność właściwa 210 Pb [Bq/kg] 189,3 1096,3 48,6
Wykres kołowy percentyli 50 i 95 stężeń pyłu całkowitego w rejonie Tarnowskich Gór na tle internetowej mapy Google Earth
Wykres kołowy percentyli 50 i 95 natężenia strumieni pyłu całkowitego w rejonie Tarnowskich Gór na tle internetowej mapy Google Earth
Wykres kołowy percentyli 50 i 95 stężeń promieniotwórczych izotopu ołowiu 210 Pb w rejonie Tarnowskich Gór na tle internetowej mapy Google Earth
Wykres kołowy percentyli 50 i 95 natężenia strumieni aktywności izotopu ołowiu 210 Pb w rejonie Tarnowskich Gór na tle internetowej mapy Google Earth
WNIOSKI - Dla rejonu Tarnowskich Gór największy udział w stężeniach pyłu ze spalania węgla mają źródła niskie (paleniska domowe). - Sektory z najwyższą aktywnością właściwą 210 Pb wskazują na rozproszoną zabudowę w dzielnicach Sowice i Lasowice w pobliżu stacji pomiarowej. - Zastosowana w projekcie metoda INZAP potwierdziła wysoką dokładność określania kierunków, na których znajdują się źródła punktowe.
WNIOSKI c.d. - Stwierdzono wyraźne (max. natężenie strumieni stężeń promieniotwórczych 210 Pb) oddziaływanie źródeł przemysłowych (MPEC Tarnowskie Góry, EC Miechowice, Huta Łabędy, Kopalnia Sośnica, PEC Gliwice, PEC Pyskowice: emisja pyłu znakowanego izotopem 210 Pb). - Dla większości sektorów w rejonie Tarnow. Gór stwierdzono równomierne występ. aktywności właściwej 210 Pb, co należy wiązać z przemianami radonowymi izotopu macierzystego 222 Rn, a nie z działalnością człowieka.